近代物理量子力学习题解答
周世勋量子力学习题答案(七章全).
由
有
⎡ 1 dρ (λ ) x 5e x ⎤ dx =0 = A⎢5 x 4 x − x dλ e − 1 (e − 1) 2 ⎥ ⎦ dλ ⎣
x (1 − )e x = 1 5 于是，得：
该方程的根为
x = 4.965
因此，可以给出， 即
λmT =
hc hc = 0.2014 xk k
λmT = b （常数）
而
p2 1 A2ω 2 μ 2 cos 2 (ωt + δ ) 1 2 2 E= + μω q = + μω 2 A2 sin 2 (ω t + δ ) 2μ 2 2μ 2
= 1 μω 2 A 2 = nhv 2
（2）设磁场方向垂直于电子运动方向，电子受到的洛仑兹力作为它作圆周运动的向心 力，于是有
由此可以求出波长在 λ 与 λ + dλ 之间的能量密度 ρ (λ ) dλ
由于
ν = c/λ ,
ρ ( λ ) dλ =
dν = +
c
λ2
1
dλ
8πhc
因而有：
λ
5
e
hc kTλ
dλ −1
令
x=
hc kTλ
所以有：
ρ (λ ) = Ax 5
dρ ( λ ) =0 dλ
1 x e −1
（
A=
8πk 5T 5 h 4c 4 常数）
1⎞ ⎛ E n = ⎜ n + ⎟hv 2 ⎠ 相比较，我们 ⎝ ③本题所得的谐振子能量，与由量子力学得出的能量 E0 = 1 hv 2 。 但能级间的间隔则完
&& + ω 2 q = 0 q
其解为
量子力学周世勋习题解答第五章
第五章习题解5.1 如果类氢原子的核不是点电荷，而是半径为0r 、电荷均匀分布的小球，计算这种效应对类氢原子基态能量的一级修正。
解：这种分布只对0r r <的区域有影响，对0r r ≥的区域无影响。
据题意知)()(ˆ0r U r U H -=' 其中)(0r U 是不考虑这种效应的势能分布，即 rze r U 024πε-=）（)(r U 为考虑这种效应后的势能分布，在0r r ≥区域，rZe r U 024)(πε-=在0r r <区域，)(r U 可由下式得出， ⎰∞-=r Edr e r U )(⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥≤=⋅⋅=)( 4 )( ,434410200300330420r r r Ze r r r r Ze r r Ze r E πεπεπππε⎰⎰∞--=0)(r r rEdr e Edr e r U⎰⎰∞--=002023002144r r rdr r Ze rdr r Ze πεπε)3(84)(82203020*********r r r Ze r Ze r r r Ze --=---=πεπεπε )( 0r r ≤⎪⎩⎪⎨⎧≥≤+--=-=')( 0 )( 4)3(8)()(ˆ000222030020r r r r r Ze r r r Ze r U r U H πεπε由于0r 很小，所以)(2ˆˆ022)0(r U H H +∇-=<<'μ ，可视为一种微扰，由它引起的一级修正为（基态r a Ze a Z 02/1303)0(1)(-=πψ）⎰∞'=τψψd H E 111 ⎰-+--=0002202220302334]4)3(8[r r a Zdr r e r Ze r r r Ze a Z ππεπεπ ∴0a r <<，故102≈-r a Ze 。
∴ ⎰⎰+--=0302404220330024)1(1)3(2r r rdr a e Z dr r r r r a e Z Eπεπε2030024505030300242)5(2r a e Z r r r a e Z πεπε+--= 23002410r a e Z πε= 2032452r a e Z s = #5.2 转动惯量为I 、电偶极矩为D 的空间转子处在均匀电场在ε中，如果电场较小，用微扰法求转子基态能量的二级修正。
量子力学课后习题答案
Wnl (r)dr Rnl2 (r)r 2dr
例如：对于基态 n 1, l 0
W10 (r) R102 (r)r 2
4 a03
r e2 2r / a0
求最可几半径
R e 2 r / a0
10
a03 / 2
dW10 (r) 4 (2r 2 r 2 )e2r / a0
x)
k
2
2
(
x)
0
其解为 2 (x) Asin kx B cos kx
根据波函数的标准条件确定系数A、B，由连续性条件，得
2 (0) 1(0) B 0
2 (a) 3 (a) Asin ka 0
A0
sin ka 0
ka n
(n 1, 2, 3,)
[1 r
eikr
r
(1 r
eikr )
1 r
eikr
r
(1 r
eikr )]er
i1 1 11 1 1
2
[ r
(
r2
ik
) r
r
(
r2
ik
r )]er
k
r2
er
J1与er 同向。 1 表示向外传播的球面波。
习题
(2)
J2
i
2
(
2
* 2
2*
解：U (x)与t 无关，是定态问题
薛定谔方程为
2
2
d2 dx2
(x) U (x) (x)
E (x)
在各区域的具体形式为：
x0
量子力学(周世勋)课后答案-第一二章
量子力学课后习题详解第一章 量子理论基础1.1 由黑体辐射公式导出维恩位移定律：能量密度极大值所对应的波长m λ与温度T 成反比，即m λ T=b （常量）；并近似计算b 的数值，准确到二位有效数字。
解 根据普朗克的黑体辐射公式dv echv d kThv v v 11833-⋅=πρ， （1） 以及 λνc =， （2）||λνρρλd d v =， （3）有(),118)(|)(||52-⋅=⋅===kThc v v ehc cd c d d dvλνλλπλλρλλλρλρρ 这里的λρ的物理意义是黑体内波长介于λ与λ+d λ之间的辐射能量密度。
本题关注的是λ取何值时，λρ取得极大值，因此，就得要求λρ 对λ的一阶导数为零，由此可求得相应的λ的值，记作m λ。
但要注意的是，还需要验证λρ对λ的二阶导数在m λ处的取值是否小于零，如果小于零，那么前面求得的m λ就是要求的，具体如下：01151186=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⋅+--⋅=-kThc kThce kT hc ehcd d λλλλλπλρ⇒ 0115=-⋅+--kThc ekThcλλ⇒ kThcekThcλλ=--)1(5 如果令x=kThcλ ，则上述方程为 x e x =--)1(5这是一个超越方程。
首先，易知此方程有解：x=0，但经过验证，此解是平庸的；另外的一个解可以通过逐步近似法或者数值计算法获得：x=4.97，经过验证，此解正是所要求的，这样则有xkhc T m =λ把x 以及三个物理常量代入到上式便知K m T m ⋅⨯≈-3109.2λ这便是维恩位移定律。
据此，我们知识物体温度升高的话，辐射的能量分布的峰值向较短波长方面移动，这样便会根据热物体（如遥远星体）的发光颜色来判定温度的高低。
1.2 在0K 附近，钠的价电子能量约为3eV ，求其德布罗意波长。
解：根据德布罗意波粒二象性的关系，可知λh P =。
所考虑的粒子是非相对论性的电子（动能eV c m E e k 621051.0⨯=<<），满足ek m p E 22=， 因此利用非相对论性的电子的能量—动量关系式，有nmm mE c m hc E m h ph e e 71.01071.031051.021024.1229662=⨯=⨯⨯⨯⨯====--λ在这里，利用了m eV hc ⋅⨯=-61024.1， eV c m e 621051.0⨯=。
基本习题及答案_量子力学
量子力学习题(一) 单项选择题1.能量为100ev的自由电子的De Broglie 波长是A. 1.2. B. 1.5. C. 2.1. D. 2.5.2. 能量为0.1ev的自由中子的De Broglie 波长是A.1.3. B. 0.9. C. 0.5. D. 1.8.3. 能量为0.1ev，质量为1g的质点的De Broglie 波长是A.1.4. B.1.9.C.1.17. D. 2.0.4.温度T=1k时，具有动能(为Boltzeman常数)的氦原子的De Broglie 波长是A.8. B. 5.6. C. 10. D. 12.6.5.用Bohr-Sommerfeld的量子化条件得到的一维谐振子的能量为（）A.. B..C.. D..6.在0k附近，钠的价电子的能量为3ev，其De Broglie波长是A.5.2. B. 7.1. C. 8.4. D. 9.4.7.钾的脱出功是2ev，当波长为3500的紫外线照射到钾金属表面时，光电子的最大能量为A. 0.25J. B. 1.25J.C. 0.25J. D. 1.25J.8.当氢原子放出一个具有频率的光子，反冲时由于它把能量传递给原子而产生的频率改变为A.. B.. C.. D..pton 效应证实了A.电子具有波动性.B. 光具有波动性.C.光具有粒子性.D. 电子具有粒子性.10.Davisson 和Germer 的实验证实了A. 电子具有波动性.B. 光具有波动性.C. 光具有粒子性.D. 电子具有粒子性.11.粒子在一维无限深势阱中运动，设粒子的状态由描写，其归一化常数C为A.. B.. C.. D..12. 设，在范围内找到粒子的几率为A.. B.. C.. D..13. 设粒子的波函数为，在范围内找到粒子的几率为A.. B..C.. D..14.设和分别表示粒子的两个可能运动状态，则它们线性迭加的态的几率分布为A..B.+.C.+.D.+.15.波函数应满足的标准条件是A.单值、正交、连续.B.归一、正交、完全性.C.连续、有限、完全性.D.单值、连续、有限.16.有关微观实物粒子的波粒二象性的正确表述是A.波动性是由于大量的微粒分布于空间而形成的疏密波.B.微粒被看成在三维空间连续分布的某种波包.C.单个微观粒子具有波动性和粒子性.D. A, B, C.17.已知波函数,,,.其中定态波函数是A.. B.和. C.. D.和.18.若波函数归一化，则A.和都是归一化的波函数.B.是归一化的波函数，而不是归一化的波函数.C.不是归一化的波函数，而是归一化的波函数.D.和都不是归一化的波函数.(其中为任意实数)19.波函数、(为任意常数)，A.与描写粒子的状态不同.B.与所描写的粒子在空间各点出现的几率的比是1:.C.与所描写的粒子在空间各点出现的几率的比是.D.与描写粒子的状态相同.20.波函数的傅里叶变换式是A..B..C..D..21.量子力学运动方程的建立,需满足一定的条件:(1)方程中仅含有波函数关于时间的一阶导数. (2)方程中仅含有波函数关于时间的二阶以下的导数.(3)方程中关于波函数对空间坐标的导数应为线性的. (4) 方程中关于波函数对时间坐标的导数应为线性的.(5) 方程中不能含有决定体系状态的具体参量. (6) 方程中可以含有决定体系状态的能量. 则方程应满足的条件是A. (1)、(3)和(6).B. (2)、(3)、(4)和(5).C. (1)、(3)、(4)和(5).D.(2)、(3)、(4)、(5)和(6).22.两个粒子的薛定谔方程是A.B.C.D.23.几率流密度矢量的表达式为A..B..C..D..24.质量流密度矢量的表达式为A...C..D..25. 电流密度矢量的表达式为A..B..C..D..26.下列哪种论述不是定态的特点A.几率密度和几率流密度矢量都不随时间变化.B.几率流密度矢量不随时间变化.C.任何力学量的平均值都不随时间变化.D.定态波函数描述的体系一定具有确定的能量.27.在一维无限深势阱中运动的质量为的粒子的能级为A.,B., D..28. 在一维无限深势阱中运动的质量为的粒子的能级为A., B., C., D..29. 在一维无限深势阱中运动的质量为的粒子的能级为A.,B., C., D..30. 在一维无限深势阱中运动的质量为的粒子处于基态，其位置几率分布最大处是A., B., C., D..31. 在一维无限深势阱中运动的质量为的粒子处于第一激发态，其位置几率分布最大处是 A., B., C., D..32.在一维无限深势阱中运动的粒子，其体系的A.能量是量子化的，而动量是连续变化的.B.能量和动量都是量子化的.C.能量和动量都是连续变化的.D.能量连续变化而动量是量子化的.33.线性谐振子的能级为A..B..C..D..34.线性谐振子的第一激发态的波函数为,其位置几率分布最大处为A.. B.. C.. D..35.线性谐振子的A.能量是量子化的,而动量是连续变化的.B.能量和动量都是量子化的.C.能量和动量都是连续变化的.D.能量连续变化而动量是量子化的.36.线性谐振子的能量本征方程是A..B..C..D..37.氢原子的能级为A..B..C.. D..38.在极坐标系下,氢原子体系在不同球壳内找到电子的几率为A.. B..C.. D..39. 在极坐标系下,氢原子体系在不同方向上找到电子的几率为A.. B..C.. D..40.波函数和是平方可积函数,则力学量算符为厄密算符的定义是A..B..C..D..41.和是厄密算符,则A.必为厄密算符. B.必为厄密算符.C.必为厄密算符.D.必为厄密算符.42.已知算符和,则A.和都是厄密算符. B.必是厄密算符.C.必是厄密算符.D.必是厄密算符.43.自由粒子的运动用平面波描写,则其能量的简并度为A.1.B. 2.C. 3.D. 4.44.二维自由粒子波函数的归一化常数为(归到函数)A.. B..C.. D.45.角动量Z分量的归一化本征函数为A.. B..C.. D..46.波函数A. 是的本征函数,不是的本征函数.B. 不是的本征函数,是的本征函数.C. 是、的共同本征函数.D. 即不是的本征函数,也不是的本征函数.47.若不考虑电子的自旋,氢原子能级n=3的简并度为A. 3.B. 6.C. 9.D. 12.48.氢原子能级的特点是A.相邻两能级间距随量子数的增大而增大.B.能级的绝对值随量子数的增大而增大.C.能级随量子数的增大而减小.D.相邻两能级间距随量子数的增大而减小.49一粒子在中心力场中运动,其能级的简并度为,这种性质是A. 库仑场特有的.B.中心力场特有的.C.奏力场特有的.D.普遍具有的.50.对于氢原子体系,其径向几率分布函数为,则其几率分布最大处对应于Bohr原子模型中的圆轨道半径是 A.. B.. C.. D..51.设体系处于状态,则该体系的能量取值及取值几率分别为A.. B..C.. D..52.接51题,该体系的角动量的取值及相应几率分别为A.. B.. C.. D..53. 接51题,该体系的角动量Z分量的取值及相应几率分别为A.. B..C.. D..54. 接51题,该体系的角动量Z分量的平均值为A.. B.. C.. D..55. 接51题,该体系的能量的平均值为A..B..C.. D..56.体系处于状态,则体系的动量取值为A.. B.. C.. D..57.接上题,体系的动量取值几率分别为A. 1,0.B. 1/2,1/2.C. 1/4,3/4/ .D. 1/3,2/3.58.接56题, 体系的动量平均值为A.. B.. C.. D..59.一振子处于态中,则该振子能量取值分别为A.. B..C.. D..60.接上题,该振子的能量取值的几率分别为A.. B.,.C.,. D..61.接59题,该振子的能量平均值为A. .B..C.. D..62.对易关系等于(为的任意函数) A..B..C.. D..63. 对易关系等于A.. B..C.. D..64.对易关系等于A.. B.. C.. D..65. 对易关系等于A.. B.. C.. D..66. 对易关系等于A.. B.. C.. D..67. 对易关系等于A.. B.. C.. D..68. 对易关系等于A.. B.. C.. D..69. 对易关系等于A.. B.. C.. D..70. 对易关系等于A.. B.. C.. D..71. 对易关系等于A.. B.. C.. D..72. 对易关系等于A.. B.. C.. D..73. 对易关系等于A.. B.. C.. D..74. 对易关系等于A.. B.. C.. D..75. 对易关系等于A.. B.. C.. D..76. 对易关系等于A.. B.. C.. D..77.对易式等于A.. B.. C.. D..78. 对易式等于(m,n为任意正整数) A.. B.. C.. D..79.对易式等于A.. B.. C.. D..80. .对易式等于(c为任意常数) A.. B.. C.. D..81.算符和的对易关系为,则、的测不准关系是A.. B..C.. D..82.已知,则和的测不准关系是 A.. B..C.. D..83. 算符和的对易关系为,则、的测不准关系是A..B..C..D..84.电子在库仑场中运动的能量本征方程是A..B..C..D..85.类氢原子体系的能量是量子化的,其能量表达式为A.. B..C.. D..86. 在一维无限深势阱中运动的质量为的粒子,其状态为,则在此态中体系能量的可测值为A., B.,C., D..87.接上题,能量可测值、出现的几率分别为A.1/4,3/4.B. 3/4,1/4.C.1/2, 1/2.D. 0,1.88.接86题,能量的平均值为A., B., C., D..89.若一算符的逆算符存在,则等于A. 1.B. 0.C. -1.D. 2.90.如果力学量算符和满足对易关系, 则A.和一定存在共同本征函数,且在任何态中它们所代表的力学量可同时具有确定值.B.和一定存在共同本征函数,且在它们的本征态中它们所代表的力学量可同时具有确定值.C.和不一定存在共同本征函数,且在任何态中它们所代表的力学量不可能同时具有确定值.D.和不一定存在共同本征函数,但总有那样态存在使得它们所代表的力学量可同时具有确定值.91.一维自由粒子的能量本征值A. 可取一切实数值.B.只能取不为负的一切实数.C.可取一切实数,但不能等于零.D.只能取不为正的实数.92.对易关系式等于A.. B..C.. D..93.定义算符, 则等于A.. B.. C.. D..94.接上题, 则等于A.. B.. C.. D..95. 接93题, 则等于A.. B.. C.. D..96.氢原子的能量本征函数A.只是体系能量算符、角动量平方算符的本征函数,不是角动量Z分量算符的本征函数.B.只是体系能量算符、角动量Z分量算符的本征函数,不是角动量平方算符的本征函数.C.只是体系能量算符的本征函数,不是角动量平方算符、角动量Z分量算符的本征函数.D.是体系能量算符、角动量平方算符、角动量Z分量算符的共同本征函数.97.体系处于态中,则A.是体系角动量平方算符、角动量Z分量算符的共同本征函数.B.是体系角动量平方算符的本征函数,不是角动量Z分量算符的本征函数.C.不是体系角动量平方算符的本征函数,是角动量Z分量算符的本征函数.D.即不是体系角动量平方算符的本征函数,也不是角动量Z分量算符的本征函数.98.对易关系式等于A.. B.C.. D..99.动量为的自由粒子的波函数在坐标表象中的表示是,它在动量表象中的表示是A.. B.. C.. D..100.力学量算符对应于本征值为的本征函数在坐标表象中的表示是A.. B.. C.. D..101.一粒子在一维无限深势阱中运动的状态为,其中、是其能量本征函数,则在能量表象中的表示是A..B..C..D..102.线性谐振子的能量本征函数在能量表象中的表示是A.. B.. C.. D..103. 线性谐振子的能量本征函数在能量表象中的表示是A.. B..C.. D..104.在()的共同表象中,波函数,在该态中的平均值为A.. B.. C.. D. 0.105.算符只有分立的本征值,对应的本征函数是,则算符在表象中的矩阵元的表示是A..B..C..D..106.力学量算符在自身表象中的矩阵表示是A. 以本征值为对角元素的对角方阵.B. 一个上三角方阵.C.一个下三角方阵.D.一个主对角线上的元素等于零的方阵.107.力学量算符在动量表象中的微分形式是A.. B.. C.. D..108.线性谐振子的哈密顿算符在动量表象中的微分形式是 A.. B..C.. D..109.在表象中,其本征值是A.. B. 0. C.. D..110.接上题,的归一化本征态分别为 A.. B..C.. D..111.幺正矩阵的定义式为 A.. B.. C.. D..112.幺正变换A.不改变算符的本征值,但可改变其本征矢.B.不改变算符的本征值,也不改变其本征矢.C.改变算符的本征值,但不改变其本征矢.D.即改变算符的本征值,也改变其本征矢. 113.算符,则对易关系式等于A.. B..C.. D..114.非简并定态微扰理论中第个能级的表达式是(考虑二级近似)A..B..C..D..115. 非简并定态微扰理论中第个能级的一级修正项为A.. B.. C.. D..116. 非简并定态微扰理论中第个能级的二级修正项为A.. B..C.. D..117. 非简并定态微扰理论中第个波函数一级修正项为A..B..C..D..118.沿方向加一均匀外电场,带电为且质量为的线性谐振子的哈密顿为A..B..C..D..119.非简并定态微扰理论的适用条件是 A.. B..C.. D..120.转动惯量为I，电偶极矩为的空间转子处于均匀电场中,则该体系的哈密顿为A.. B..C.. D..121.非简并定态微扰理论中,波函数的一级近似公式为A..B..C..D..122.氢原子的一级斯塔克效应中,对于的能级由原来的一个能级分裂为A. 五个子能级.B. 四个子能级.C. 三个子能级.D. 两个子能级.123.一体系在微扰作用下,由初态跃迁到终态的几率为A..B..C..D..124.用变分法求量子体系的基态能量的关键是A. 写出体系的哈密顿.B. 选取合理的尝试波函数.C. 计算体系的哈密顿的平均值.D. 体系哈密顿的平均值对变分参数求变分. 125.Stern-Gerlach实验证实了A. 电子具有波动性.B.光具有波动性.C. 原子的能级是分立的.D. 电子具有自旋. 126.为自旋角动量算符,则等于A.. B.. C..D..127.为Pauli算符,则等于A.. B.. C.. D..128.单电子的自旋角动量平方算符的本征值为A.. B.. C.. D..129.单电子的Pauli算符平方的本征值为 A. 0. B. 1. C. 2. D. 3.130.Pauli算符的三个分量之积等于A. 0.B. 1.C.. D..131.电子自旋角动量的分量算符在表象中矩阵表示为A.. B..C.. D..132. 电子自旋角动量的y分量算符在表象中矩阵表示为A.. B..C.. D..133. 电子自旋角动量的z分量算符在表象中矩阵表示为A.. B..C.. D..134.是角动量算符,,则等于A.. B.. C. 1 . D. 0 .135.接上题,等于A.. B.. C.. D. 0.136.接134题,等于A.. B.. C.. D. 0.137.一电子处于自旋态中,则的可测值分别为A.. B..C.. D..138.接上题,测得为的几率分别是A.. B.. C..D..139.接137题,的平均值为A. 0.B..C.. D..140.在表象中,,则在该态中的可测值分别为A.. B.. C.. D..141.接上题,测量。
量子力学期末考试题解答题
1。
你认为Bohr的量子理论有哪些成功之处？有哪些不成功的地方？试举一例说明.（简述波尔的原子理论,为什么说玻尔的原子理论是半经典半量子的？）答：Bohr理论中核心的思想有两条：一是原子具有能量不连续的定态的概念；二是两个定态之间的量子跃迁的概念及频率条件.首先，Bohr的量子理论虽然能成功的说明氢原子光谱的规律性，但对于复杂原子光谱，甚至对于氦原子光谱，Bohr理论就遇到了极大的困难(这里有些困难是人们尚未认识到电子的自旋问题），对于光谱学中的谱线的相对强度这个问题，在Bohr理论中虽然借助于对应原理得到了一些有价值的结果,但不能提供系统解决它的办法；其次,Bohr理论只能处理简单的周期运动，而不能处理非束缚态问题，例如:散射；再其次，从理论体系上来看，Bohr理论提出的原子能量不连续概念和角动量量子化条件等,与经典力学不相容的，多少带有人为的性质，并未从根本上解决不连续性的本质。
2。
什么是光电效应？光电效应有什么规律？爱因斯坦是如何解释光电效应的?答：当一定频率的光照射到金属上时，有大量电子从金属表面逸出的现象称为光电效应；光电效应的规律:a。
对于一定的金属材料做成的电极,有一个确定的临界频率，当照射光频率时,无论光的强度有多大,不会观测到光电子从电极上逸出；b。
每个光电子的能量只与照射光的频率有关,而与光强无关;c.当入射光频率时，不管光多微弱，只要光一照，几乎立刻观测到光电子.爱因斯坦认为：(1)电磁波能量被集中在光子身上，而不是象波那样散布在空间中，所以电子可以集中地、一次性地吸收光子能量,所以对应弛豫时间应很短，是瞬间完成的。
（2）所有同频率光子具有相同能量，光强则对应于光子的数目，光强越大,光子数目越多,所以遏止电压与光强无关，饱和电流与光强成正比。
（3)光子能量与其频率成正比,频率越高，对应光子能量越大,所以光电效应也容易发生，光子能量小于逸出功时，则无法激发光电子。
3．简述量子力学中的态叠加原理，它反映了什么？答:对于一般情况，如果和是体系的可能状态，那么它们的线性叠加：（是复数）也是这个体系的一个可能状态。
大学物理下(毛峰版)量子力学习题及答案
第18章 量子力学基础 习题解答1．一波长为300nm 的光子，假定其波长的测量精度为610-，即6110λλ∆=，求该光子位置的不确定量。
解： 光子λhp =，λλλλ∆=∆-=∆22hhp由测不准关系，光子位置的不准确量为292630010 2.3910244410x m m p λλπλπλλπ---⨯∆=====⨯∆∆∆⨯ 2．原子的线度为1010m -，求原子中电子速度的不确定量。
解：依题意，电子位置的不确定量为1010x m -∆=，由不确定关系，有2x x p x m v ∆∆=∆∆≥34631101.0510/0.610/229.11010v m s m s m x ---⨯∆≥==⨯∆⨯⨯⨯ 3．波函数模的二次方的物理意义是什么？波函数必须满足哪些条件？解：波函数是描述粒子运动状态的函数，是微观粒子具有波动性的数学描述，波函数描述的波是概率波，波函数模的平方表示粒子在空间出现的概率，即概率密度。
波函数要满足标准条件（即波函数必须是单值、连续和有限的）和归一化条件。
4．波函数在空间各点的振幅同时增大D 倍，则粒子在空间分布的概率会发生什么变化?解：不变．因为波函数是计算粒子t 时刻空间各点出现概率的数学量．概率是相对值．则21、点的概率比值为：22212221φφφφD D =∴概率分布不变．5．假设粒子只在一维空间运动，它的状态可用如下波函数来描写：00,(,)sin 0i Et x x ax t Ae x x aa ψπ-≤≥⎧⎪=⎨≤≤⎪⎩式中，E 和a 分别为确定常数，A 为归一化系数，计算归—化的波函数和概率密度。
解：根据波函数的归一化条件，有2222(,)sin 12aaxa x t dx A dx A aπψ===⎰⎰ 得A =故归一化波函数为 ⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≥≤=-ax x a e aax x t x Et i 0sin 2,00),(πψ相应的概率密度()P x =200,2sin 0x x a x x aaa π≤≥⎧⎪⎨≤≤⎪⎩6．已知粒子在一维矩形无限深势阱中运动，其波函数为：3()2xx a πψ=)(a x a ≤≤- 那么，粒子在a x 65=处出现的概率密度为多少? 解：22*)23cos1(ax aπψψψ== aa a a a a aa 21)21(14cos 1)4(cos 145cos 12653cos 122222===+===πππππ7．粒子在一维无限深势阱中运动，其波函数为：()n n xx aπψ=)0(a x << 若粒子处于1=n 的状态，在0～4a区间发现粒子的概率是多少? 解：x ax a x w d sin 2d d 22πψ== ∴在4~0a区间发现粒子的概率为： ⎰⎰⎰===4020244)(d sin 2d sin 2a a ax aa x a a x a x a dw p ππππ091.0)(]2cos 1[2124/0=-=⎰x ad a x a πππ8．宽度为a 的一维无限深势阱中粒子的波函数为x an A x πψsin )(=，求：(1)归一化系数A ；(2)在2=n 时何处发现粒子的概率最大？解：(1)归一化系数⎰⎰==+∞∞-ax x 0221d d ψψ即⎰⎰=aa x an x a n A n a x x a n A 00222)(d sin d sin ππππ⎰-=a x an x a n A n a 02)(d )2cos 1(2πππ12222===A an A n a ππ∴=A a2 粒子的波函数x a n a x πψsin 2)(=(2)当2=n 时，x aa πψ2sin 22= 几率密度]4cos 1[12sin 2222x aa x a a w ππψ-=== 令0d d =x w ，即04sin 4=x a a ππ,即,04sin =x aπ， ,2,1,0,4==k k x aππ∴4ak x =又因a x <<0，4<k ，∴当4a x =和a x 43=时w 有极大值，当2ax =时，0=w ．∴极大值的地方为4a ，a 43处9．求一电子处在宽度为0.1a nm =和a =1m 的势阱中运动的能级值。
量子力学习题集及答案
量子力学习题集及答案09光信息量子力研究题集一、填空题1.__________2.设电子能量为4电子伏，其德布罗意波长为6.125A。
XXX的量子化条件为∫pdq=nh，应用这量子化条件求得一维谐振子的能级En=(nωℏ)。
3.XXX假说的正确性，在1927年为XXX和革末所做的电子衍射实验所证实，德布罗意关系为E=ωℏ和p=ℏk。
4.ψ(r)=(三维空间自由粒子的归一化波函数为e^(ip·r/ℏ))，其中p为动量算符的归一化本征态。
5.∫ψ*(r)ψ(r)dτ=(δ(p'-p))，其中δ为狄拉克函数。
6.t=0时体系的状态为ψ(x,0)=ψ_n(x)+2ψ_2(x)，其中ψ_n(x)为一维线性谐振子的定态波函数，则ψ(x,t)=(ψ(x)e^(-iωt/2)+2ψ_2(x)e^(-5iωt/2))。
7.按照量子力学理论，微观粒子的几率密度w=(|Ψ|^2)，几率流密度j=(iℏ/2μ)(Ψ*∇Ψ-Ψ∇Ψ*)。
其中Ψ(r)描写粒子的状态，Ψ(r)是粒子的几率密度，在Ψ(r)中F(x)的平均值为F=(∫Ψ*F(x)Ψdx)/(∫Ψ*Ψdx)。
8.波函数Ψ和cΨ是描写同一状态，Ψe^(iδ)中的e^(iδ)称为相因子，e^(iδ)不影响波函数Ψ的归一化，因为e^(iδ)=1.9.定态是指能量具有确定值的状态，束缚态是指无穷远处波函数为零的状态。
10.E1=E2时，Ψ(x,t)=Ψ_1(x)exp(-iE1t)+Ψ_2(x)exp(-iE2t)是定态的条件。
11.这时几率密度和几率流密度都与时间无关。
12.粒子在能量小于势垒高度时仍能贯穿势垒的现象称为隧道效应。
13.无穷远处波函数为零的状态称为束缚态，其能量一般为分立谱。
14.ψ(x,t)=(ψ(x)e^(-iωt/2)+ψ_3(x)e^(-7iωt/2))。
2.15.在一维无限深势阱中，粒子处于位置区间x a，第一激发态的能量为1/13（22222/2ma2），第一激发态的波函数为sin（n x/a）（n=2）/a。
量子力学习题解答
量子力学习题及解答第一章 量子理论基础1．1 由黑体辐射公式导出维恩位移定律：能量密度极大值所对应的波长m λ与温度T 成反比，即m λ T=b （常量）；并近似计算b 的数值，准确到二位有效数字。
解 根据普朗克的黑体辐射公式dv e chv d kThv v v 11833-⋅=πρ， （1）以及 c v =λ， （2）λρρd dv v v -=， （3）有,118)()(5-⋅=⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=kThc v v ehc cd c d d dv λλλπλλρλλλρλρρ这里的λρ的物理意义是黑体内波长介于λ与λ+d λ之间的辐射能量密度。
本题关注的是λ取何值时，λρ取得极大值，因此，就得要求λρ 对λ的一阶导数为零，由此可求得相应的λ的值，记作m λ。
但要注意的是，还需要验证λρ对λ的二阶导数在m λ处的取值是否小于零，如果小于零，那么前面求得的m λ就是要求的，具体如下：01151186'=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⋅+--⋅=-kT hc kThce kT hc ehcλλλλλπρ⇒ 0115=-⋅+--kThc ekThcλλ⇒ kThcekThcλλ=--)1(5 如果令x=kThcλ ，则上述方程为 x e x =--)1(5这是一个超越方程。
首先，易知此方程有解：x=0，但经过验证，此解是平庸的；另外的一个解可以通过逐步近似法或者数值计算法获得：x=4.97，经过验证，此解正是所要求的，这样则有xkhc T m =λ 把x 以及三个物理常量代入到上式便知K m T m ⋅⨯=-3109.2λ这便是维恩位移定律。
据此，我们知识物体温度升高的话，辐射的能量分布的峰值向较短波长方面移动，这样便会根据热物体（如遥远星体）的发光颜色来判定温度的高低。
1．2 在0K 附近，钠的价电子能量约为3eV ，求其德布罗意波长。
解 根据德布罗意波粒二象性的关系，可知E=hv ，λh P =如果所考虑的粒子是非相对论性的电子（2c E e μ<<动），那么ep E μ22= 如果我们考察的是相对性的光子，那么E=pc注意到本题所考虑的钠的价电子的动能仅为3eV ，远远小于电子的质量与光速平方的乘积，即eV 61051.0⨯，因此利用非相对论性的电子的能量——动量关系式，这样，便有ph=λ。
量子力学习题解答
702习题解答概要第一章[1.1] 证：按()()0,S U t t 的物理含义，将它写作无穷乘积的形式，()()()()()()0000,lim tt iH t dtS iH t t iH t t t iH t t t Ut t e e eTe--∆--∆∆-∆∆→⎰=≡直接用算符导数的定义于此式，可得()()()()()()0000,,,lim S S S t U t t U t t t U t t tt∆→∂+∆-=∂∆()()()()()()0001limiH t t t iH t t iH t m t t iH t t t e ee et-+∆∆-∆-+∆∆-∆∆→-=∆()()()()()001,,SSH t i U t t U t t t ∂=∂∴（其实，此公式按态矢Schrodinger 方程，直接从两边排除初态即得。
此处推导只是为了直观演示时序乘积的微分运算。
）[1.2] 证：由Heisenberg 绘景算符()()H t Ω的定义式直接求导即得()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()110000100100,,,,,,1,,,HSSS S S S S S S HS S Sd t t dU t t U t t U t t t U t t dt t dtdU t t Ut t t dtt U t t t H t U t t t i ----Ω∂Ω=+Ω∂+Ω∂Ω⎡⎤≡+Ω⎣⎦∂注意如下记号()()()()()()()()()()()11,H SS S H SSUU H t U H t U tt--∂Ω∂Ω≡≡∂∂即得结果()()()()()()()()1,H H H Hd t t t H t dtti Ω∂Ω⎡⎤=+Ω⎣⎦∂ 。
[1.3] 证：由相互作用绘景态矢和算符的定义703()()()()()()()()()()()()()()00100,,,I I I I I S I t U t t t t U t t t U t t ψψ-⎧=⎪⎨⎪Ω=Ω⎩其中()()()()()()10000,,,I S S U t t U t t U t t -≡。